[發明專利]一種吸附丁醇的碳材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610160828.2
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105617992B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 應漢杰;季迎春;吳菁嵐;周精衛;莊偉
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C07C29/76;C07C31/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明涉及一種生物質類吸附劑及其制備方法與在化工、能源領域中的應用，具體涉及一種吸附丁醇的碳材料及其制備方法與應用。

背景技術

丁醇是一種重要的化工業原料，廣泛應用于化工、食品、醫藥各個領域。丁醇可用于制造鄰苯二甲酸、脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯類增塑劑，因而廣泛用于塑料和各種橡膠制品的生產。且丁醇具有親水性弱，腐蝕性小，高辛烷值和熱值，可以與汽油按一定比例混合等優勢，是一種極具潛力的生物燃料。

生物丁醇的生產主要采用微生物發酵法，經過復雜的生物化學變化生成丙酮、乙醇、丁醇等產物，該發酵過程也稱為ABE發酵。由于丁醇對菌體的毒性作用，整個發酵過程會發生嚴重的產物抑制，從而導致產物濃度較低。采用吸附法可有效地將產物丁醇及時從發酵液中移除出，從而提高發酵產率，降低工業成本。采用吸附法吸附分離丁醇，主要存在一些問題，一方面，一些吸附介質的吸附容量較低，另一方面，一些吸附介質吸附選擇性差、吸附速率慢。DIJK(WO 2008/095896A1)等采取一種超高交聯度的微孔樹脂分離分離生物丁醇，但該樹脂對丙酮、乙醇同時具有一定的吸附能力，增加了后期分離的成本。Arjan Oudshoorn等(Biochemical Engineering Journal,2009,48:99-103)用沸石吸附分離生物丁醇，考察了CBV811、CBV910、CBV28014三種沸石對丁醇的吸附性能，但是，存在沸石對于生物丁醇的吸附容量不高，且沸石對于生物丁醇的吸附選擇性較差等問題，造成后期分離費用的增加。因此，急需尋找一種吸附劑，提高對生物丁醇的吸附量，和對生物丁醇的吸附選擇性。

發明內容

本發明針對樹脂對丁醇吸附容量小、吸附速率慢、吸附選擇性差的問題，提供了一種吸附丁醇的新型碳材料，該碳材料對丁醇具有吸附容量大、吸附速率快、吸附選擇性好的特點，且原料可再生、污染小、價格低廉。

本發明還要解決的技術問題是提供上述吸附丁醇的碳材料的制備方法。

本發明最后要解決的技術問題是提供上述吸附丁醇的碳材料的應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種吸附丁醇的碳材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)以生物質為原料，經機械粉碎后，與過氧化氫、去離子水超聲混勻，加入到反應釜中進行不完全水熱反應，再自然冷卻至室溫；

(2)將步驟(1)所得產物采用去離子水反復抽濾清洗至洗滌液無色且洗滌液pH值為6，再烘干得到碳微球材料；

(3)將步驟(2)中得到的碳微球材料與氯化鋅水溶液混合均勻后，靜置，烘干，放入管式爐，通入氮氣，在氮氣保護下，以5-20℃/min的升溫速率升溫到600-760℃，再在該溫度條件下熱處理1-4h，自然冷卻至室溫；

(4)將步驟(3)得到的固體，用鹽酸浸泡，攪拌0.5-2h(優選0.5h)，用40-80℃的去離子水反復抽濾洗滌至洗滌液pH值為6，干燥，即得。

步驟(1)中，所述的生物質為農作物秸稈、玉米芯、稻草、樹葉、樹皮、木屑和藻類中的任意一種或幾種的組合。

步驟(1)中，所述生物質與過氧化氫、去離子水的質量比為1:0.01-0.1:10，優選1:0.01:10。

步驟(1)中，水熱反應的溫度為180-220℃(優選200-220℃)，反應時間16-24h。

步驟(2)中，所述的烘干條件為：相對真空度低于-0.09mbar，溫度90-110℃(優選110℃)，干燥時間為10-16h。

步驟(3)中，所述的氯化鋅水溶液中氯化鋅濃度為20-100g/L；碳微球材料與氯化鋅的質量比為1-2:1-3，優選1:2。

步驟(3)中，靜置時間為2-6h，優選4h；烘干溫度為90-120℃(優選110℃)，烘干時間為10-14h。

步驟(3)中，優選以5-10℃/min的升溫速率升溫到700-750℃，再在該溫度條件下熱處理2h。

步驟(4)中，所述鹽酸濃度為0.1-0.5mol/l。

步驟(4)中，干燥條件為80-120℃(優選110℃)恒溫干燥10-12h(優選12h)。

上述制備方法制備得到的碳材料也在本發明的保護范圍之內。

上述碳材料在吸附丁醇中的應用也在本發明的保護范圍之內。其中，所述的吸附丁醇是指從ABE發酵液中吸附丁醇。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有有下列優點：

一、原料來源于大自然中廣泛存在的木質纖維素，污染小、價格低廉、可再生；